專利名稱：環(huán)狀輻射型閃耀光柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空間光互連、二元光學和微光學技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種新型的光
柵結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
光柵技術(shù)的應用為現(xiàn)代傳感、光學聚焦、光束偏轉(zhuǎn)、光譜技術(shù)等的發(fā)展提供了新的平臺，尤其是閃耀光柵的發(fā)明，利用閃耀光柵的刻槽面與光柵面呈現(xiàn)一定的夾角，使得單個刻槽面衍射的中央主極大和多槽面間干涉零級主極大分開，將光能量從干涉零級主極大轉(zhuǎn)移到了某一級衍射，使得光柵的衍射效率顯著提高。 目前，常規(guī)閃耀光柵如專利CN200810069913. 3， CN200410025197. 0等提到的光柵，其特點都是衍射光垂直于刻槽線的方向，可以實現(xiàn)光束傳播方向偏轉(zhuǎn)。但上述光柵為直線型光柵，其光柵刻槽齒相互平行。專利US005144483A提到一種圓形閃耀光柵，其光柵刻槽齒呈同心圓分布，它的衍射方向垂直刻槽面，但光束偏轉(zhuǎn)方向指向圓盤的軸心，都與本專利的閃耀光柵的光束偏轉(zhuǎn)方向不同。 在空間光束耦合過程中，有時需要將傳輸?shù)墓馐蚰骋惶囟ǚ较蚱D(zhuǎn)一角度，如空間光束與環(huán)形波導之間的耦合場合，但現(xiàn)今尚無一種光學器件可實現(xiàn)上述功能。專利CN200410013761. 7提到另一種圓形反射型衍射光柵，可以使光束沿入射方向衍射回去，但是，該光柵卻無法實現(xiàn)空間光束與環(huán)形波導之間的耦合。另外，專利CN01820333. 7提到一種雙閃耀光柵可以實現(xiàn)光束的多路偏轉(zhuǎn)，該光柵只是常規(guī)線型光柵的改進，在結(jié)構(gòu)上與本專利有本質(zhì)區(qū)別。 現(xiàn)今沒有一種環(huán)形光柵，其光柵刻槽齒呈圓周、放射狀分布，能實現(xiàn)入射光沿垂直于環(huán)的半徑方向偏轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種環(huán)狀輻射型閃耀光柵，結(jié)合閃耀光柵的優(yōu)點，利用它的高衍射效率以及它獨特的光束偏轉(zhuǎn)性能，實現(xiàn)垂直入射空間光束與環(huán)形波導耦合，每一個光柵齒衍射的光均垂直于直徑，衍射光沿圓周切線方向相應的偏轉(zhuǎn)，達到特定的傳光效果。 本發(fā)明提出了一種環(huán)狀輻射型閃耀光柵，包括一個環(huán)形光柵基板和其上刻蝕的閃耀光柵齒3、以及位于閃耀光柵齒的刻槽背脊線2 —側(cè)的衍射面4，其特征在于，所述閃耀光柵齒3在環(huán)形光柵基板圓周上周期性排列，每個閃耀光柵齒3呈輻射型，其在所述環(huán)形光柵基板上表面的投影為扇形，閃耀光柵齒3刻線的最底部均位于平面6上；所述閃耀光柵齒的衍射面4為刻槽背脊線2 —側(cè)較大的平面；垂直于閃耀光柵齒的刻槽背脊線2的直線11、12組成的平面與平面6相交于一條直線13，直線13與衍射面4形成閃耀角14，閃耀角14對于每個閃耀光柵齒是不變的。 每個閃耀光柵齒3在環(huán)形光柵基板的內(nèi)外圓周上r。、巧的端面為圓周面或平面。
所述各閃耀光柵齒3的刻槽背脊線2匯聚到對稱軸1，圍成虛擬圓周5。 所述閃耀光柵齒3刻線的最底部均位于平面6上，平面6垂直于對稱軸1，閃耀光
柵齒3在內(nèi)環(huán)上背脊線圍成的虛擬圓周7。 所述閃耀光柵齒3刻線貫穿每個虛擬圓周5和7。 所述環(huán)形光柵基板可為內(nèi)環(huán)中空結(jié)構(gòu)。 所述環(huán)形光柵基板可為內(nèi)環(huán)非中空結(jié)構(gòu)。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明專利具備其他圓形或者環(huán)形閃耀光柵所不具備的光束偏轉(zhuǎn)性能，而且光柵易制作，具有衍射效率高的特點。在經(jīng)濟效益方面，本發(fā)明專利可廣泛應用需要光束偏轉(zhuǎn)、光譜分析等場合，特別是旋轉(zhuǎn)光束的偏轉(zhuǎn)。它市場前景好，具有良好的技術(shù)轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)。由于本發(fā)明專利是我們自主知識產(chǎn)權(quán)，具有廣泛的社會效益。


圖1為本發(fā)明的輻射型閃耀光柵的部分概圖。
圖2為本發(fā)明的沿光柵刻線方向的剖面圖。
圖3為本發(fā)明的閃耀光柵單齒的衍射面。
具體實施例方式
本發(fā)明的技術(shù)方案的實現(xiàn)原理是在一個環(huán)形光柵基板上刻蝕M個閃耀光柵刻槽齒，每個光柵刻槽齒參數(shù)相同，在圓周上以2Ji/M rad周期性排列。每個光柵齒在上表面的投影是一個弧度為2 Ji/M rad，半徑為從r。到巧的扇形。每個光柵齒在內(nèi)外圓周上r。、巧的端面為圓周面或平面，因為光束主要在r。至巧的半徑上入射，故對邊界要求不高。通過設(shè)計光柵的閃耀角，可以得到需要的光束偏轉(zhuǎn)角度?；蹇涛g后的上表面輪廓為一個錐面，錐面與各個光柵齒的頂端相接。 該光柵實現(xiàn)的方法有離子束銑削、光刻法、機械微加工技術(shù)及其澆注和壓印。
下面結(jié)合附圖對本專利進一步說明。 如圖1所示，環(huán)形閃耀光柵的對稱軸l，各閃耀刻槽背脊線2匯聚到對稱軸1。閃耀光柵齒3在一個環(huán)形的基板上刻蝕，包括閃耀刻槽背脊線一側(cè)的衍射面4，閃耀刻槽背脊線2所圍成的虛擬圓周5。閃耀光柵齒3刻線的最底部均位于平面6上，平面6垂直于對稱軸1，閃耀光柵齒3在內(nèi)環(huán)上背脊線圍成的虛擬圓周7。 光柵整體為環(huán)狀，光柵刻線貫穿每個虛擬圓周(即虛擬圓周5、虛擬圓周7)。設(shè)環(huán)形的內(nèi)徑為r。，對應的光柵常數(shù)為d (r。)，外徑為巧，對應的光柵常數(shù)為d (r》，光柵齒數(shù)為M，那么滿足2Jir = Md(r)， d(r) = 2 ji r/M，于是得到d (r)/d (r》=r/巧、d (r》/d (r。)=r/r。，故不同半徑處的光柵常數(shù)不同，為變頻光柵。由于環(huán)形光柵的口徑D較大，且內(nèi)外半徑相差不大，滿足D >> d。因此該閃耀光柵的光柵公式可以近似用常規(guī)的光柵公式表示，為d(sini+sin e ) = mA ，其中入射角為i，衍射角為9 ， m為衍射光的衍射級。
如圖2所示，包括內(nèi)環(huán)上圓周7組成的的中空部分8 ;閃耀光柵齒3的頂端9所圍成的切面是一個錐面，但是由于環(huán)形光柵的內(nèi)外半徑相差不大，所以錐面可以近似為環(huán)形平面。當光線10入射到光柵面時，衍射光線的傳播方向垂直于半徑，而不是指向1。
衍射面4是一個平面，為了保證閃耀齒的閃耀角不變，由幾何關(guān)系可以計算出，在半徑較大的位置，閃耀光柵的齒高較高，隨著半徑的減少，齒高會下降，齒高呈連續(xù)的變化。 因此整個閃耀光柵的齒的頂端所形成的表面不是一個平面，而是一個錐面，錐面的中心位 于環(huán)形光柵的對稱軸上。 如圖3所示，包括閃耀光柵的衍射面4，直線11、 12垂直于閃耀刻槽背脊線2， 11和 12組成的平面與平面6相交于一條直線13，直線13與平面4的夾角就是閃耀角14。根據(jù)
需求的光的衍射角來設(shè)定閃耀角，衍射光設(shè)定為l級衍射光，光的入射角與閃耀角Y相同， 由光柵公式得d(r) (sinY+sine) = A， e為衍射角。 本發(fā)明的具體實施方式
(透射狀態(tài))舉例，按照圖l給出的結(jié)構(gòu)圖，刻蝕每一個閃 耀光柵齒，齒的兩側(cè)為平面，并且傾角不變?？涛g后的閃耀光柵，入射光入射到光柵齒上，衍 射光滿足閃耀光柵的光柵方程。每一個光柵齒衍射的光均垂直于直徑，衍射光沿圓周切線 方向相應的偏轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
一種環(huán)狀輻射型閃耀光柵，包括一個環(huán)形光柵基板和其上刻蝕的閃耀光柵齒(3)、以及位于閃耀光柵齒的刻槽背脊線(2)一側(cè)的衍射面(4)，其特征在于，所述閃耀光柵齒(3)在環(huán)形光柵基板圓周上周期性排列，每個閃耀光柵齒(3)呈輻射型，其在所述環(huán)形光柵基板上表面的投影為扇形，閃耀光柵齒(3)刻線的最底部均位于平面(6)上；所述閃耀光柵齒的衍射面(4)為刻槽背脊線(2)一側(cè)較大的平面；垂直于閃耀光柵齒的刻槽背脊線(2)的直線(11)、(12)組成的平面與平面(6)相交于一條直線(13)，直線(13)與衍射面(4)形成閃耀角(14)，閃耀角(14)對于每個閃耀光柵齒是不變的。
2. 如權(quán)利要求l所述的環(huán)狀輻射型閃耀光柵，其特征在于，每個閃耀光柵齒(3)在環(huán)形 光柵基板的內(nèi)外圓周上r。、巧的端面為圓周面或平面。
3. 如權(quán)利要求l所述的環(huán)狀輻射型閃耀光柵，其特征在于，所述各閃耀光柵齒(3)的刻 槽背脊線(2)匯聚到對稱軸(l)，圍成虛擬圓周(5)。
4. 如權(quán)利要求l所述的環(huán)狀輻射型閃耀光柵，其特征在于，所述閃耀光柵齒(3)刻線的 最底部均位于平面(6)上，平面(6)垂直于對稱軸(l)，閃耀光柵齒(3)在內(nèi)環(huán)上背脊線圍 成的虛擬圓周(7)。
5. 如權(quán)利要求l所述的環(huán)狀輻射型閃耀光柵，其特征在于，所述閃耀光柵齒(3)刻線貫 穿每個虛擬圓周(5)和(7)。
6. 如權(quán)利要求4所述的環(huán)狀輻射型閃耀光柵，其特征在于，所述環(huán)形光柵基板可為內(nèi) 環(huán)中空結(jié)構(gòu)。
7. 如權(quán)利要求4所述的環(huán)狀輻射型閃耀光柵，其特征在于，所述環(huán)形光柵基板可為內(nèi) 環(huán)非中空結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種環(huán)狀輻射型閃耀光柵，包括一個環(huán)形光柵基板和其上刻蝕的閃耀光柵齒(3)、以及位于閃耀光柵齒的刻槽背脊線(2)一側(cè)的衍射面(4)，其特征在于，所述閃耀光柵齒(3)在環(huán)形光柵基板圓周上周期性排列，每個閃耀光柵齒(3)呈輻射型，其在所述環(huán)形光柵基板上表面的投影為扇形，閃耀光柵齒(3)刻線的最底部均位于平面(6)上；所述閃耀光柵齒的衍射面(4)為刻槽背脊線(2)一側(cè)較大的平面；垂直于閃耀光柵齒的刻槽背脊線(2)的直線(11)、(12)組成的平面與平面(6)相交于一條直線(13)，直線(13)與衍射面(4)形成閃耀角(14)，閃耀角(14)對于每個閃耀光柵齒是不變的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備其他圓形或者環(huán)形閃耀光柵所不具備的光束偏轉(zhuǎn)性能，而且光柵易制作，具有衍射效率高的特點。在經(jīng)濟效益方面，本發(fā)明可廣泛應用需要光束偏轉(zhuǎn)、光譜分析等場合，特別是旋轉(zhuǎn)光束的偏轉(zhuǎn)。
文檔編號G02B5/18GK101710191SQ20091022845
公開日2010年5月19日 申請日期2009年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月17日
發(fā)明者井文才, 張以謨, 張紅霞, 胡百泉, 賈大功 申請人:天津大學